孫萍，劉程，王輝，王克廷

(合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

圖4 不同變形速度下再加載時(shí)間的概率統(tǒng)計(jì)

再加載時(shí)間體現(xiàn)為應(yīng)力上升的過(guò)程。位錯(cuò)群在障礙處被釘扎、等待再次被激活的時(shí)間則被定義為等待時(shí)間tw。在等待過(guò)程中由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效，要克服額外的釘扎所需的應(yīng)力增加。等待時(shí)間越長(zhǎng)，再加載時(shí)間也越長(zhǎng)[9]。從宏觀角度看，隨著變形速度的增大，應(yīng)力應(yīng)變曲線鋸齒階段的周期就越小，相應(yīng)的再加載時(shí)間也就越小，且再加載時(shí)間的數(shù)目也隨之減少。從微觀角度看，由于變形速度的增大即加載應(yīng)變速率大，則作用在可動(dòng)位錯(cuò)上的外加有效應(yīng)力就大，從而可動(dòng)位錯(cuò)的平均運(yùn)動(dòng)速率就快，可動(dòng)位錯(cuò)在障礙前的等待時(shí)間就短，即再加載時(shí)間短。

2.3 跌落時(shí)間的概率統(tǒng)計(jì)

不同變形速度下跌落時(shí)間的概率分布如圖5所示。從圖5可以看出，當(dāng)變形速度為1mm/min時(shí)，再加載時(shí)間在0.666s處的概率分布最大；當(dāng)變形速度為2mm/min時(shí)，再加載時(shí)間在0.5s處的概率分布最大；當(dāng)變形速度為3mm/min時(shí)，再加載時(shí)間在0.33s處的概率分布最大；當(dāng)變形速度為5mm/min時(shí)，再加載時(shí)間在0.167s處的概率分布最大。綜上所述，隨著變形速度的增大，跌落時(shí)間逐漸減小，跌落時(shí)間的個(gè)數(shù)也逐漸減少。跌落時(shí)間隨著變形速度的增加變得越來(lái)越稀疏，隨機(jī)性越來(lái)越大。

圖5 不同變形速度下跌落時(shí)間的概率統(tǒng)計(jì)

在動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效過(guò)程中，當(dāng)位錯(cuò)群克服短程障礙時(shí)單個(gè)位錯(cuò)會(huì)進(jìn)入短暫的“自由飛行” 階段(由于可動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速度非?？?，故通常稱之為 “飛行” ) 。飛行過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)度被稱為飛行時(shí)間。在一定程度上，可以認(rèn)為跌落時(shí)間是飛行時(shí)間的宏觀度量[9]。從宏觀角度看，是因?yàn)槔焖俣戎饾u變快導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變曲線鋸齒階段的周期變小，相應(yīng)的跌落時(shí)間也變小。從微觀角度看，由于拉伸速度的增大，則作用在可動(dòng)位錯(cuò)上的外加有效應(yīng)力就大，從而可動(dòng)位錯(cuò)的平均運(yùn)動(dòng)速率就快，單個(gè)位錯(cuò)進(jìn)入短暫“自由飛行”的時(shí)間就短，即跌落時(shí)間短。

由再加載時(shí)間和跌落時(shí)間的概率分布圖及分析知，再加載時(shí)間和跌落時(shí)間的概率分布很相似。當(dāng)變形速度為1mm/min時(shí)，0.666s處的概率分布都最大；當(dāng)變形速度為2mm/min時(shí)，0.5s處的概率分布都最大；當(dāng)變形速度為3mm/min時(shí)，0.33s處的概率分布都最大；當(dāng)變形速度為5mm/min時(shí)，0.167s處的概率分布都最大。

3 鋸齒形屈服效應(yīng)對(duì)材料力學(xué)性能的影響

圖6為不同變形速度下6063鋁合金板材抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率的變化曲線?？梢钥闯觯S著拉伸速度的增大，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率均先快速增大后緩慢減小，之后逐漸趨于穩(wěn)定，在V2時(shí)達(dá)到最大值。

綜合以上應(yīng)力跌幅、再加載時(shí)間、跌落時(shí)間隨變形速度的變化規(guī)律可以看出，當(dāng)變形速度為2mm/min時(shí)，應(yīng)力跌幅及其個(gè)數(shù)相對(duì)較小，再加載時(shí)間和跌落時(shí)間都集中分布在5s之內(nèi)。此時(shí)鋸齒形屈服效應(yīng)發(fā)生時(shí)，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散率和可動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速率相當(dāng)，可動(dòng)位錯(cuò)被林位錯(cuò)和溶質(zhì)原子氣團(tuán)等障礙阻攔時(shí)的時(shí)效完全，動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的作用相對(duì)就強(qiáng)，產(chǎn)生較小的應(yīng)力波動(dòng)，表現(xiàn)為弱的鋸齒形屈服效應(yīng)，此時(shí)板材表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能?？梢?jiàn)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中為減少鋁合金板材成形過(guò)程中的鋸齒形屈服行為，提高材料的成形性能，在不影響生產(chǎn)效率的前提下調(diào)整適合的沖壓速率是有一定作用的。

圖6 主要力學(xué)性能與變形速度的關(guān)系

4 結(jié)論

本文從6063鋁合金板材室溫下不同拉伸速度的實(shí)驗(yàn)出發(fā)，系統(tǒng)地研究了其室溫力學(xué)性能及鋸齒形屈服行為(應(yīng)力跌幅、跌落時(shí)間、再加載時(shí)間)這些特征量隨變形速度的變化規(guī)律。

(1)隨著變形速度的增大，應(yīng)力跌幅逐漸減小，應(yīng)力跌幅個(gè)數(shù)隨變形速度的變化卻沒(méi)有很好的規(guī)律性，但在所有變形速度下，小幅值的應(yīng)力跌幅占的比重都很大，且應(yīng)力跌幅為0.03MPa時(shí)的個(gè)數(shù)均最多；

(2)再加載時(shí)間和跌落時(shí)間的概率分布很相似。隨著變形速度的增大，再加載時(shí)間及其個(gè)數(shù)、跌落時(shí)間及其個(gè)數(shù)都逐漸減少；隨著變形速度的增大，圖像都變得越來(lái)越稀疏，隨機(jī)性越來(lái)越大；

(3)在拉伸速度為2mm/min時(shí)，6063鋁合金板材的室溫力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到最大。此時(shí)，6063鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度為89MPa，屈服強(qiáng)度為45MPa，延伸率為44.4%。

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